虛擬仿真助推實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革

隨著“云物移大智”等新技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，不僅對(duì)軌道交通人才需求提出了新要求，也對(duì)其人才培養(yǎng)過(guò)程中的實(shí)訓(xùn)教學(xué)提出了新挑戰(zhàn)。針對(duì)軌道交通類專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中普遍存在的設(shè)施設(shè)備成本高、實(shí)訓(xùn)危險(xiǎn)性大、應(yīng)急處理看不到、控制中心進(jìn)不去等難題，筆者所在的廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院充分利用虛擬仿真具有沉浸感、交互性、構(gòu)想性的三大特征，通過(guò)建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源和基地，打造虛擬仿真資源建用新模式，推行“3層級(jí)”實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式改革，賦能軌道交通行業(yè)高素質(zhì)技術(shù)技能人才培養(yǎng)。

    緊貼行業(yè)，建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源和基地

面向粵港澳大灣區(qū)軌道交通人才需求，緊貼軌道交通產(chǎn)業(yè)智慧化轉(zhuǎn)型升級(jí)新趨勢(shì)，學(xué)校聯(lián)合區(qū)域行業(yè)頭部企業(yè)，按照“覆蓋軌道交通全產(chǎn)業(yè)鏈，涵蓋生產(chǎn)—運(yùn)營(yíng)—維護(hù)全過(guò)程、滿足師生—員工—社會(huì)人員全角色”的原則，圍繞軌道交通運(yùn)輸五大崗位群，以公共虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心、虛擬仿真展示與體驗(yàn)中心、專業(yè)特色虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心、軌道交通虛擬仿真研創(chuàng)中心4個(gè)中心為架構(gòu)，建設(shè)了融匯公共基礎(chǔ)和“車、機(jī)、工、電、輛”專業(yè)技能的六大板塊虛擬仿真資源。

同時(shí)，遵循“共建、共享、互利、共贏”理念，與軌道交通頭部企業(yè)共同投入7000萬(wàn)元資金，按照1∶1還原廣州地鐵21號(hào)線、武廣高鐵成隧線和廣州至韶關(guān)普速線路，在國(guó)內(nèi)率先建成集調(diào)度指揮、列車駕駛、接發(fā)列車于一體的“大三角”多工種、具有世界先進(jìn)水平的軌道交通綜合仿真實(shí)訓(xùn)基地，并引入 MR（混合現(xiàn)實(shí)）、VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）、AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）、環(huán)幕動(dòng)捕、裸眼3D等虛擬仿真技術(shù)，將軌道交通真實(shí)設(shè)備設(shè)施與信息技術(shù)深度融合，進(jìn)行地鐵、鐵路企業(yè)主要運(yùn)營(yíng)崗位的實(shí)操訓(xùn)練，以及司機(jī)、調(diào)度員與車站值班員等聯(lián)合演練，充分將企業(yè)工作過(guò)程融入教學(xué)全過(guò)程。目前，已建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目122個(gè)，實(shí)現(xiàn)全校80%以上學(xué)生利用基地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

    需求導(dǎo)向，打造虛擬仿真資源建用新模式

以市場(chǎng)需求為邏輯起點(diǎn)，以崗位要求為標(biāo)準(zhǔn)，按照“企業(yè)需求→人才培養(yǎng)方案→教學(xué)內(nèi)容→實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目→實(shí)訓(xùn)技能點(diǎn)→虛擬仿真資源→實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)”的資源建設(shè)思路，學(xué)校建成了集“教—學(xué)—測(cè)—評(píng)—管—賽—研—訓(xùn)”為一體的一站式智慧實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)，打破傳統(tǒng)“實(shí)訓(xùn)室+實(shí)物”實(shí)訓(xùn)模式，具備虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程監(jiān)控分析、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源匯聚分配的管控統(tǒng)計(jì)等功能，實(shí)現(xiàn)了五大崗位群資源統(tǒng)一管理，目前已向全國(guó)18個(gè)鐵路局、25所鐵路院校推廣使用。

其中，對(duì)接軌道交通領(lǐng)域工作崗位技能要求，資源開發(fā)以“機(jī)車車輛、工務(wù)工程、運(yùn)營(yíng)調(diào)度、信號(hào)通信、牽引供電”五大板塊為主導(dǎo)，資源類型以“基礎(chǔ)認(rèn)知型、展示體驗(yàn)型、技能提升型、綜合應(yīng)用型、技術(shù)創(chuàng)新型”五種類型為主體，資源應(yīng)用以“桌面式演示、增強(qiáng)式實(shí)操、沉浸式演練”三種場(chǎng)景為基礎(chǔ)。課前，學(xué)生利用手機(jī)或電腦進(jìn)行線上VR實(shí)訓(xùn)、立體教材AR等資源預(yù)習(xí)。課中，教師借助VR資源、互動(dòng)大屏等進(jìn)行實(shí)訓(xùn)示范，學(xué)生在VR、AR等講解的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)操；將VR、MR等虛擬仿真演練與實(shí)操演練相結(jié)合，提高使用者的綜合素質(zhì)，達(dá)成技能目標(biāo)。課后，學(xué)生利用VR資源，線上進(jìn)行復(fù)習(xí)，有力推動(dòng)傳統(tǒng)課堂教學(xué)到沉浸式體驗(yàn)教學(xué)的轉(zhuǎn)變。

    因材施教，推行“3層級(jí)”實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式改革

為解決“實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容更新速度慢”等問(wèn)題，學(xué)校校企合作共同開發(fā)活頁(yè)式AR實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書，內(nèi)置虛擬仿真資源二維碼，便于學(xué)生隨時(shí)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并融入新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范，保持教學(xué)內(nèi)容的同步更新。同時(shí)，基于虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地設(shè)備、平臺(tái)及教學(xué)資源，根據(jù)不同實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的特點(diǎn)，將軌道交通實(shí)訓(xùn)教學(xué)“第一課堂”從傳統(tǒng)教室向虛擬仿真實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所轉(zhuǎn)變，采用以實(shí)帶虛、以虛助實(shí)、虛實(shí)結(jié)合“3層級(jí)”思路，搭建多維度、高仿真的實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境，促進(jìn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式改革。

一是“以實(shí)帶虛—輔助認(rèn)知”。將軌道交通領(lǐng)域自成體系、相對(duì)獨(dú)立、公共性強(qiáng)的實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容，轉(zhuǎn)化為線上純虛擬的仿真實(shí)訓(xùn)資源，并適時(shí)更新完善，形成基于“理虛實(shí)”一體化教學(xué)模式，輔助基礎(chǔ)教學(xué)與崗位認(rèn)知。以“動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備一級(jí)修”實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目為例，針對(duì)“車頂高空作業(yè)危險(xiǎn)大”“空間狹小細(xì)節(jié)部位多人觀看難”等問(wèn)題，充分利用移動(dòng)資源開展以實(shí)帶虛實(shí)訓(xùn)，通過(guò)教師示范、學(xué)生實(shí)練，利用“動(dòng)車組車頂高壓電氣設(shè)備一級(jí)修虛擬教學(xué)”小程序，幫助學(xué)生記憶理解檢修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，完成一級(jí)修作業(yè)流程、檢查工藝及安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的防控措施的教學(xué)重點(diǎn)。

二是“以虛助實(shí)—加深理解”。針對(duì)軌道交通實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中的痛點(diǎn)或難點(diǎn)，利用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)模塊、實(shí)訓(xùn)軟件系統(tǒng)，按照虛擬互動(dòng)教學(xué)流程，有針對(duì)性地開展技能訓(xùn)練，鞏固學(xué)習(xí)者的實(shí)踐技能。以接觸網(wǎng)零部件裝配實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目為例，實(shí)訓(xùn)教學(xué)分為AR引學(xué)、仿真訓(xùn)練、技能考核、實(shí)物裝配四個(gè)步驟，讓學(xué)生加深理解，加強(qiáng)接觸網(wǎng)零部件的識(shí)別、檢查、組裝等專業(yè)技能。   

三是“虛實(shí)結(jié)合—強(qiáng)化技能”。將軌道交通真實(shí)設(shè)備設(shè)施與VR、AI等信息技術(shù)深度融合，利用復(fù)興號(hào)模擬駕駛艙、動(dòng)車組模擬臺(tái)等虛實(shí)結(jié)合的數(shù)字孿生資源，開展調(diào)度指揮、列車駕駛、接發(fā)列車等崗位技能考核，建立成套的虛擬仿真考核體系。以“車站客流仿真”實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目為例，教師提前在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)推送項(xiàng)目研究任務(wù)及相關(guān)資源，學(xué)生自發(fā)報(bào)名，以小組為單位進(jìn)行探究，通過(guò)應(yīng)用虛擬仿真研創(chuàng)中心構(gòu)建虛擬車站以及二次開發(fā)建模，合理規(guī)劃車站設(shè)備布局、優(yōu)化客流路徑等，開展深度探究創(chuàng)新，完成課程設(shè)計(jì)實(shí)踐。

（作者系廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處處長(zhǎng)）

《中國(guó)教育報(bào)》2023年07月11日第7版